植物是属于植物界的生物,通常包括苔藓、蕨类、针叶植物、开花植物及其近缘类群。大多数植物是多细胞的真核生物,通过光合作用获取能量,并具有含纤维素的细胞壁。不同分类体系对植物界范围的界定有所不同:有些仅将其限定为陆生植物,另一些则将相关藻类也包括在内。植物为人类提供食物、栖息环境以及多种原材料。(openstax.org)
定义与分类
在分类学中,“植物”并不简单地指任何绿色或不能移动的生物。真菌曾被归入植物,如今已被确认为独立的一个界。能够进行光合作用的细菌也不属于植物界。陆生植物又称有胚植物,其谱系的显著特征是发育中的胚保留在亲本组织内,并由亲本组织提供营养。更广义的定义还包括绿藻或其他相关藻类类群。本文主要介绍陆生植物。(kew.org)
植物的主要类群在输导组织和生殖结构上各不相同。苔藓植物包括藓类、苔类和角苔类,缺乏其他陆生植物所具有的真正维管组织。无种子维管植物包括石松类和蕨类,后者也包括木贼类。裸子植物,如针叶植物,其种子不包藏在子房内。被子植物,即开花植物,具有花,其种子包藏在果实内。这些类别反映的是演化中的分支关系,而不是从“低等”到“高等”的阶梯。(openstax.org)
细胞、组织与生长
典型的活植物细胞含有细胞核、线粒体及其他由膜包围的结构。细胞壁富含纤维素,为细胞提供机械支撑。大型中央液泡储存物质,并帮助维持细胞内部的压力,使非木质组织保持挺立。进行光合作用的细胞含有叶绿体,但许多细胞,包括大多数根部细胞,并不含叶绿体。叶绿体起源于古代细胞与光合细菌之间的共生关系,内共生学说对此作出了解释。(openstax.org)
大多数维管植物具有根、茎和叶。根固定植物体,并吸收水和矿质营养;茎支撑地上器官;叶通常是进行光合作用的主要部位。这些器官可以发生变态,以用于储存、攀缘或繁殖。植物的生长发生在细胞活跃分裂的区域,这些区域称为分生组织。顶端分生组织使根和枝条伸长,而侧生分生组织则使许多木本植物增粗。(openstax.org)
两种组织承担长距离运输。木质部输送水和溶解的矿物质,同时起结构支撑作用。韧皮部将糖和其他有机化合物从成熟叶片等来源部位输送到生长或储存组织。叶片通过蒸腾作用散失水分,有助于将水沿木质部向上拉动。称为气孔的可调节孔隙控制气体交换和水分散失。(openstax.org)
能量与环境响应
光合作用利用光能,将二氧化碳和水合成为有机化合物,并释放氧气。叶绿素和其他色素在叶绿体内吸收光。植物也进行细胞呼吸,分解有机化合物,为细胞活动提供可利用的能量;这一过程在白昼和黑夜都会持续进行。一些寄生植物从其他生物获取有机营养,其光合能力已减弱或丧失。(openstax.org)
植物能够感知光、重力、温度和触碰,并作出响应。植物激素,包括生长素、赤霉素、乙烯和脱落酸,协调植物的发育及其对环境条件的响应。定向生长反应包括枝条向光弯曲,以及根响应重力而生长。化学防御和物理结构可以减少植食动物和病原体造成的损害。(openstax.org)
繁殖与生活史
陆生植物具有世代交替现象:其生活史包含多细胞的单倍体阶段和二倍体阶段。二倍体的孢子体通过减数分裂产生单倍体孢子。孢子发育成配子体,配子体通过有丝分裂产生卵细胞或精子。受精使配子结合,恢复二倍体状态,并开始新一代孢子体的发育。苔藓植物的配子体较为显著,而维管植物则以孢子体占优势。(openstax.org)
种子保护胚,并且通常含有储存的营养物质。花粉使精子的输送不再依赖许多无种子植物所需的外界水膜。在开花植物中,传粉将花粉传递到能够接受花粉的柱头上。随后发生的双受精同时产生胚和提供营养的胚乳。果实保护种子,并常常借助动物、风或水帮助种子传播。(openstax.org)
许多植物还通过匍匐茎、根状茎、鳞茎、块茎或植物体片段进行无性繁殖。除突变外,这类后代在遗传上通常与亲本相似。植物的寿命各不相同,从在一个生长季内完成生活史的一年生植物,到能够存活多年并繁殖的多年生植物,都包括在内。(openstax.org)
进化、生态与人类利用
陆生植物由绿藻祖先进化而来。其进化涉及对干燥环境的适应、抵抗重力的支撑结构、气体交换,以及脱离水环境的繁殖方式。记录维管组织的化石可追溯至约4.3亿年前。此后,种子、花粉、花和果实的出现,使植物得以在陆地环境中进一步分化。(openstax.org)
植物在许多生态系统中作为初级生产者支撑食物网。它们将碳固定到生物量中,参与碳循环,并通过吸水和蒸腾作用参与水循环。与生活在根部的真菌形成共生关系,有助于许多植物物种获取营养和水分。植物还为人类提供谷物、水果、木材、纤维、燃料及各种化合物。(openstax.org)
栖息地丧失、入侵物种和气候变化威胁着植物的生物多样性。保护措施包括保护栖息地、记录物种及其分布、维护活体收藏,以及将适宜储存的种子保存在种子库中。这些措施既保护各个物种,也保存对未来研究和作物育种具有价值的遗传变异。(kew.org)